Современную периодическую систему элементов — в школьное образование Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Наука — образование

Современную периодическую систему элементов — в школьное образование

Р. С. Сайфуллин, А.Р. Сайфуллин

РЕНАТ САЛЯХОВИЧ САЙФУЛЛИН — доктор технических наук, академик АН Татарстана, профессор кафедры технологии неорганических веществ и материалов Казанского государственного технологического университета (КГТУ). Область научных интересов: прикладная неорганическая химия и электрохимия, в особенности, композиционные электрохимические покрытия и материалы; химическое образование и создание разноязычных энциклопедических лексиконов по химии и физике.

АДЕЛЬ РЕНАТОВИЧ САЙФУЛЛИН — кандидат химических наук. Специалист в области неорганической химии и электрохимии. Работает в сфере информационных технологий и маркетинга.

420015 Татарстан, Казань, ул. К. Маркса, 68, КГТУ, тел. (8432)73-05-92, E-mail [email protected]

В 1869 году Д.И. Менделеев открыл периодический закон, выражением которого является периодическая система элементов. В 1870 году Менделеев назвал эту систему естественной, а в 1871 году — периодической. Первую таблицу элементов (далекий прообраз современной таблицы) Менделеев представил под названием

«Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве» (рис. 1). В 1871 году им была дана следующая формулировка периодического закона: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве

(Д. И. Менделеев, 1869 г.)

Ъ = 50 V =51 Сг =52 Мп = 55

Ие =56 2х = 90 ? =180

№ = Со =59 N5=94 Та = 182

Си =63,4 Мо= 96 \У=186

М$ = 24 гп =65,2 ЯЬ =104,4 14 =197,4

А1 =27,4 ? =68 Яи =104,4 1г =198

& =28 ? =70 Р1 =106,6 Ов = 199

Р =31 Ав =75 Ая = 108 Н8=200

в =32 Бе =79,4 СМ =112

Н = 1 Ве= 9,4 С1 =35,5 Вг =80 иг =116 Аи=197?

В =11 К =39 ЯЬ=85,4 Бп =118

С =12 Са =40 Бг =87,6 БЬ =122 В) =210?

N=14 ?• =45 Се =92 Те =128?

О =16 ?Ег=56 и =94 ] =127

Р =19 ГЮ=60 СИ =95 Се =133 Т1 =204

и = 7 N8=23 ?1п =75,6 ТЬ = 118? Ва=137 РЬ =207

Риг. 1

VO On

Короткая форма периодической системы элементов

ЛЕР1ШШ ГРУППЫ ЭЛЕМЕНТ О в

а 1 б а II б a III 6 a IV б a V 6 а VI б а VII б а VIII б

1 ш Н 1 1,80794:7 w 10Д0Р0Д 1 Не 2 4,002602^ j ГЕЛИЙ 2 Атомнв! РаспреА масса Атомнъ иГ3'2! 23W2UH 32 5f,ed'7i» 8 УРАИ J 2 еление ■ Распр« ■1й номер цел« те

2 Li 3 tZ2 »ч Be 4 MBIW 2 БЕРИЛЛИЙ 2 В 5 sr — i С 6 M™ 2s22p2 4 УГЛЕРОД 2 N 7 14.00SM 2S22„3 5 АЗОТ 2 О 8 ! F 9 цззвшя 2 т ФТОР ' 2 Ne 10 ¡ST «м!

3 Na " 22.98977^1 J НАТРИЙ 2 Mg 12 24,305-1 % МАГИ ИII 2 A1 13 26,98154.1 3 АЛЮМИНИЙ 2 Si 14 2*0855:3 3j23pI * КРЕМНИЙ 2 p 15 3*97376*1 3S23B3 e ФОСФОР 2 S 16 2Г — I С1 17 35.453И . , . 7 .... 3»»Эо* в МОР 2 Аг 18 по застраивающимся по оболочкам и ближайшим подоболочкам

К 19 , 3S'0S?3i1 4S. i КАЛИЙ 2 Са 20 2 4(^078-4 4s2 в КАЛЬЦИЙ 2 22' Sc I —4= 22 Ti to 47ШЗ 2 ТИТАН 23 у S^s* s"4'51.1 2 ВАНАДИИ ,24 Cr 1 — ^ 2 25 Мп 28 Fe 8 3d®4s2 2 ЖЕЛЕЗО 227 Со в , , , 58^332:1 2 КОБАЛЬТ 2 28 Ni

,29 Си 1 —1"22 те2 30 2П в 3d« 4s» 2 ЦИНК Ga 31 з ГАЛЛИИ P 2 Ge 32 4 ГЕРМАН ЯЙ 2 As 33. 74,9216-1 4sJ4p3 4 мышьяк 2 Se 34 в £<7 — 1 Вг 35 7 W04H 4514о-5» БРОМ 2 Кг 36 8 КРИПТОН 2

: С Rb 37 ; >5,467813 ъ РУБИДИЙ 2 Sr 38 J >7.62:1 _ te w . 5 2 8 СТР0ИЦИЙ 2 239 у ,2 40 Zr 2 ЦИРКОНИЙ Nb ТоГий ,.42 Мо *»« 2 МОЛИБДЕН j43 Тс «-»<>" 2 ТЕХНЕЦИЙ I44 Ru 15 Амн» M,-a7i2 2 РУТЕНИЙ j45 Rh Ч^, «У05511 2 РОДИЙ Pd ?4d«5»o 10М2!1 2 ПАЛЛАДИЙ

э /7 Ag 1 «»vimnbi 2 СЕРЕБРО j48 Cd l4dK»5sJ "WW 2 КАДМИЙ In 49 3 «4,8211 » ИНДИЙ 5sJspl I Sn 50 4 r,r — 1 Sb 51. 18 r: — i Те 52. Г;3 — 1 I 53 7 18 126.9045:1 18 ^ i5s2J s 8 ■ОД 2 Хе 54» ^ 18 ,3^3 5,2 SP»1? КСЕНОН 2

с Cs 55 г I32,9054i| ю ЦЕЗИЙ в" 1 Ba 581 137,33±1 в БАРИЙ 612 1 j57 La* 15dw,3U0"13 2 ЛАНТАН ¿72 Hf и . 178,49:3 8 5d*6s2 . 2 ГАФНИИ ¿73 Та ? 180,9479:1 2 ТАНТАЛ ,i74. W « , 183,85:3 8 5d46s2 2 вольер»» ¿75 Re » „ , 18637:1 8 edSesS , 2 РЕНИЙ ,578 Os 2 осмий 477 1г и , . Hi22i3 l5"76'2 ИРИДИЙ ,}78 Pt 2 П Л ATX НА

О л79 Аи те „ 196,9665:1 в 5dw6ii 2 ЗОЛОТО J" Hg '¡5d»6s* 200,53i3 2 ртуть T1 81 a ТАЛЛИЙ 2 Pb 82 4 6s26p* 1 CBHHEU 2 Bi 831 20*980411 ш ВИСМУТ 65,603 I Ро 84 4 208,9824 &2бр43 ПОЛОНИЙ 2 At 85,s 2»',"71 б^брз« АСТАТ 2 Rn 86 J ST— 1

7 Fr 87 i 223,0197 , те 7s1 8 ФРАНЦИЙ 2 Ra 88 j 226,0254 2 7s2 8 РАДИЙ 2 I89 Ac** 1 2 АКТИНИЙ J104 Ku f 6d27i2 Ml] 2 КУРЧАТОВ*! im Ns «6*3*2 I262J 2 НИЛЬСБОРИЙ 106 |ed<7s2 2 ё 107 1 5 2 [262] 8 6ds7s2 2 5 108 2 ¿109 32 32 I 1 Ч 6d77S2 ' ' 2

Се 58 2 I40.12H IS 4i<5d<6s3 а ИЕРИЙ 2 Pr 53 I ПРАЗЕОДИМ 2 Nd60i 144Л413 » 4f4es> Ч НЕ0ЛИИ 2 Pm6,i 144,9121 23 4f5es» в ПРОМЕТИЙ 2 SmS2i 150JB13 24 4)вв52 » САМАРИЙ 2 EuB3? liUC) £ 4l'6si 1 ЕВРОПИЙ 2 Gd641 157ЛИ JJ 4f'5d'6s2 8 ГАООЛИНИЙ 2 Tb65i ТЕРБИЙ 2 Dy86i 162*0i3 2« 4f*®6s2 ? ДИСПРОЗИЙ 2 Ho67? 1643304:1 2J 4l"6s2 в ГОЯЬМИЙ 2 Er68i №12613 % 4l«6s» в ЭРБИЙ 2 Tm69§ 168334211 S 4«06s2 в ТУ0ИЙ 2 Yb70i 17^0413 S 4I«6S2 8 ИТТЕРБИЙ 2 Lu 711 174,3(711 3| 4l«5d'es2 e ЛЮТЕЦИЙ 2

а н т и н о и д ь 1

Th90s 23Z03tU1 32 ed»»»1! ТОРИЙ 2 Ра 9,J JJV0350 32 5l'6d'7s2 в ПРОТАКТИНИЙ 2 U 82 i 21 238Л219И 32 5i36d17$2 УРАН 2 Np93j 23?04B2 32 5f46d'7s2 4 НЕПТУНИЙ 2 Fu 84J 244,0642 32 5fe7s2 в ппутоний ; Am95j 243ЛЕ14 32 51>7,г я АМЕРаиМ 2 Cm96j 247,0703 32 (BP»» 2 Bk97j 24^0703 32 5fB6d'7s2 в Б1РКПИ1 2 Cf 98j 251.B796 32 5I»7j2 1 Es"j 252,0120 32 5l"7s2 в ЭЙНШТЕЙНИЙ 2 FmMj 257,0951 32 5ie7s» 4 •СРМИЙ 2 Md101j 25B.09B6 32 5i°7s2 1 МЕНОЕПЕВИЙ 2 (No),02j 259,1IB9 32 5(и7з2 8 (И0БЕПИЙ1 2 (LrPjl 280,1054 ^ «"ed'Ti* e 1ЛВУРЕНСИЙ1 2 |

Рис. 2

£ л

3

*

$

г* 3

о а

I

Я

1 3S

§

5

vSl

6

On

Таблица состояла из шести вертикальных групп, предшественниц будущих периодов. По горизонтали прослеживались еще неполные ряды элементов, прообразов будущих подгрупп (сегодня групп) элементов. Она содержала 67 элементов, в том числе три предсказанных, впоследствии открытых и названных как «ук-репители периодического закона».

Естественно, первая таблица была несовершенной, и в последующие годы Менделеев многократно дополнял ее и вносил в ее структуру изменения. В момент представления первого варианта таблицы (март 1869 г.) не были еще известны благородные (инертные) газы (Не, Ые, Аг, Кг, Хе, Яп) и отсутствовали знания о внутреннем строении атомов. Лишь в 1913— 1914 гг. после революционных открытий в физике, а также открытий новых элементов — благородных газов, стало возможным дать современное определение закона в соответствии с представлениями об электронном строении атома, а именно, о закономерностях заполнения электронных оболочек атомов и обусловленной ими периодической повторяемости свойств через 2 (л-эле-менты), 6 (р-элементы), 10 (¿/-элементы) и 14 (/-элементы) элементов. Тогда же в формулировке закона слова «атомный вес» элемента были заменены на «порядковый номер» элемента, что отвечает числу протонов в ядре атома и, соответственно, числу электронов в нейтральном атоме.

Подход к построению системы элементов, основанный на учете периодической повторяемости свойств 5-, р-, с/- и /-элементов, логически подводит к трем вариантам (формам) таблицы, состоящим из (2 + 6), (2 + 6 + 10) или (2 + 6 + 10+ 14) групп элементов. Соответственно они имеют названия: короткая, длинная и сверхдлинная форма системы (таблицы) химических элементов.

Короткая форма системы (рис. 2) приводится во множестве российских справочных и учебных пособиях. Официально она отменена ИЮПАК* в 1989 году. Таблица состоит из восьми групп (I—VIII) «типических» элементов, подразделяемых на подгруппы, и семи периодов (1—7) элементов (иногда и рядов). В современной зарубежной литературе эта форма таблицы не используется, вместо нее в 1989 году введена длинная форма таблицы.

Длинная (длиннопериодная) форма системы рекомендована к всеобщему использованию ИЮПАК в 1989 году. Она состоит из 18-ти групп, обозначенных арабскими (вместо римских) цифрами, и семи периодов.

Сверхдлинная форма системы должна состоять из 32-х групп элементов и семи периодов. Официально она вряд ли будет принята в будущем, так как каждая дополнительная группа, сверх 18-ти, в этой таблице содержит лишь по два элемента (один лантаноид и один актиноид), близких по свойствам со все-

* ИЮПАК (англ. IUPAC) — Международный союз теоретической (чистой) и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry). Организация, созданная в 1919 году. Входит в Международный совет научных союзов. Координирует исследования, требующие международного согласования, контроля и стандартизации, рекомендует (утверждает) химическую терминологию, включая названия элементов. Основные органы печати: Pure and Applied Chemistry, Chemistry International и др. Россия (ранее СССР) является полноправным членом ИЮПАК и выполняет его решения и рекомендации.

ми остальными элементами периода из-за наличия у них в основном состоянии одинакового числа (d1s2)-электронов, расположенных на двух валентных орби-талях.

До 80—90-х годов прошлого века были распространены две первые формы таблицы. Первая — короткая форма с «насильственной» упаковкой элементов в восемь (I—VIII), иногда девять (0), групп, подразделенных на подгруппы, обозначаемые как А и Б, или А и В, или а и б, или главная и побочная.

Была распространена также длинная форма таблицы с расположением элементов в 18-ти вертикальных столбцах, без официального указания номеров групп от 1 до 18. В этой таблице четыре декады ¿/-элементов выведены из побочных подгрупп, обозначенных так в короткой таблице, и тем самым освобождены от названия «переходные элементы». Следует заметить, что термин «переходные элементы» в принципе сегодня излишен (к переходным относят d- или /элементы). Согласно научной классификации, следовало бы характеризовать элементы именно по типу s, р, d или /

Как отмечено выше, в 1989 году ИЮПАК утвердил длинную форму таблицы, узаконив в ней нумерацию 18-ти групп арабскими цифрами вместо прежних римских (I—VIII). При выборе и утверждении длины таблицы были соблюдены «интересы» большинства элементов и принцип «золотой середины» без нарушения основы закона Менделеева — периодичности в свойствах элементов. Расположение элементов по группам в длинной форме таблицы с точки зрения аналогии их электронной структуры атомов оправдано уже для 84-х элементов (из 112-ти известных сегодня), в то время как в короткой таблице это соответствие отвечает лишь 44-м элементам.

Таким образом, четыре декады ¿/-элементов, относимые ранее к переходным или вставным элементам (между s- и /7-элементами) и называемые побочными, после 1989 года перестали быть таковыми. Они стали полноправными элементами в 10-ти группах длинно-периодной таблицы. С официальным принятием длинной формы таблицы исчезли (стали излишними) некоторые термины, в частности, типические элементы, подгруппа (главная и побочная), триада, ряды, семейство железа, платиновые металлы, так как все элементы одной группы (кроме Н и Не, которые всегда на особом положении), расположенные вертикально в один ряд, имеют одинаковые две валентные (определяющие степень окисления) s- + р- или s- + d-ор-битали. Лантаноиды и актиноиды (/-элементы), как и раньше, остаются в 3-ей группе в соответствии с наличием на их орбиталях ¿/'^-электронов.

Необходимость принятия рациональной формы таблицы диктовалась давно ввиду описанных несоответствий, а также других очевидных недостатков и противоречий, присущих ее короткой форме. Особенно сильно выявляются несоответствия, если провести сравнение физических и химических свойств простых веществ, соответствующих элементам в пределах каждой группы.

В I группе — это сравнительно малоактивные металлы Cu, Ag, Аи и исключительно реакционноспо-собные щелочные металлы Li, Na, К, Rb, Cs. Аналогичная картина наблюдается и во II группе элементов.

СОВРЕМЕННАЯ ПЕРИОДИЧЕСКАЯ

(на русском и

Учебное и

22.989770

11 Na

[Ne}3s'

97.86 883.15 0.93/1.0 Sodium Натрий

(Natrium)

1.00794

1 H

1s'

-259.14 -252.87 2.1/2.2 Hydrogen Водород Hydrogftium

6.941

3 Li

IHeJ2s'

180.54 1347 0.96/1.0

Lithium Литий

lia

9.012182

4 Be

2s*

1278 2970 1,57/1.5

Beryiiium Бериллий

12 Mg

3s2

648.8 1107 1.31/1.2

Magnesium Магний

Атомная масса, относительная 186.207 Atomic mass, relative

Атомный номер. Обозначение 75 Re Atomic No. Symbol

Распределение электронов [Xe] 4f45d56s2 Electron configuration

Темлератуа плавления (°С) 3180 Melting point (°C)

Температура кипения (°С) 5627 Boiling point (°C)

Эл ектроотрицател ьность 1.9/1.5 Electronegativity

(по Полингу/поОллреду и Рохову) (Pauling/Allred & Rochov

Rhenium Name

Название Рений

Латинское название Rhenium Latin name

1Kb

IVb

Vb

Vlb

Vllb

VIII

VIII

39.0983

19 К

[Ar]4s'

63.65 774 0.82/0.9 Potassium Калий

{Kmllum)

40.078

20Ca

4s2

839 1487 1.10/1.0

Calcium Кальций

44.955910

21 Se

3d'4s2

1541 2831 1.3/1.2

Scandium Скандий

47.867

22 Ti

3d24s2

1670 3287 1.5/1.3 Titanium Титан

50.9415

23 V

3d*4s2

1890 3380 1.6/1.5 Vanadium Ванадий

51.9961

24Cr

30*4 s2

1857 2672 1.6/1.6 Chromium Хром

54.938046

25Mn

3db4s2

1244 1962 1.5/1.6 Manganese Марганец

Manganum

55.845

26Fe

3d64s2

1535 2750 1.8/1.6 Iron Железо

58.933200

27Co

3d'4 s2

1495 2870 1.8/1.7 Cobalt Кобальт

CobaMum

85.4678

37Rb

[Kr]5s1

38.89 687.2 0.82/0.9

Rubidium Рубидий

87.62

38 S г

5s2

769 1384 0.95/1.0

Strontium Стронций

88.90585

39 Y

4d'5s2

1522 3337 1.2/1.1

Yttrium Иттрий

91.224

40 Zr

4d25s2

1852 4377 1.4/1.2

Zirconium Цирконий

92.90638

4lNb

4d*5s'

2468 4742 1.6/1.2

Niobium Ниобий

95.94

42 Mo

4db5s'

2617 4612 1.8/1.3 Molybdenum Молибден

(97)

43 Те

4ds5s'

2172 4877 1.9/1.4

Technetium Технеций

101.07

44 Ru

4d'5s'

2310 (-3900) 2.2/1.4

Ruthenium Рутений

102.90550

45 Rh

4de5s1

1966 3727 2.2/1.5

Rhodium Родий

132.90545

55Cs

[XeJ6S28.5 678.4 0.7/0.9

Caesium Цезий

[Сmalum}

137.327

56Ba

6s2

725 1640

0.9/1.0

Barium Барий

138.9055

57La

5d'6s2

920 3454 1.1/1.1

Lanthanum Лантан

178.46

72Hf

4f"5d26s2 2227 4602 1.5/1.2

Hafnium Гафний

180.9479

73Ta

4f,45d36s2 2996 5425 1.5/1.3

Tantalum Тантал

183.84

74 W

4f"5d"6s2 3410 5660 1.7/1.4 Tungsten (Wolfram) Вольфрам

WoHramhjm

186.207

75Re

4fu5db6s2

3180 5627 1.46/1.5

Rhenium Рений

190.23

760s

4f5de6s2

3045 5027 2.2/1.5

Osmium Осмий

192.217

77 Ir

4fu5d'6s2

2410 4130

2.2/1.6

Iridium Иридий

(223)

87Fr

[Rn]7s'

27 677 0.7/0.9

Francium Франций

(226) 88Ra

7sJ

700-970 1140-1500 0.97/1.1

(227)

89 Ac*

6d'7s'

1050 (-3250)

Radium Actinium Радий Актиний

(2612 104 Rf

5f"6d27s2

Rutherfordium Резерфордий

(262) 105Db*

Dubnium Дубний

(263)

106 Sg*

Seaborgium Сиборгий

(264)

107Bh*

öföd^s2

Bohrium Борий

(265)

108 Hs

5fu6d67s;

Hassium Хассий

(268) 109 Mt'

5f6d'7s:

Meitnerium Мейтнерий

* Element has no stable nuclides. For radioactive elements the value in parentheses refers to the number of nucleons (mass number) of the most stable isotope (IUPAC, 1995)

* Элемент не имеет устойчивых изотопов. Для него в скобках приведено значение массового числа (число нуклонов в ядре) наиболее долгоживущего изотопа (ИЮПАК, 1995).

() Alternative english name

[ j American spelling of the element's

name

() Альтернативное английское название

[ ] Американское написание названия элемента

140.116

58Се

798 3426 -1.2/1.1

Cerium Церий

140.90765

59Рг

4f6s2

931 3512 -1.2/1.1

Praseodymium Празеодим

60Nd

4f6s2

1021 3068 -1.2/1.1

Neodymium Неодим

(145^

61Pm

4f6s2

1168 2460 1,2/1.1

Promethium Прометий

150.36

62Sm

4f6s2

1077 1791 -1.2/1.1

Samarium Самарий

151.964

63Eu

4f'6s2

822 1597 -1.2/1.0

Europium Европий

(232)

90Th

6d27s2

1750 (-3800) 1.11/1.1

Thorium Торий

(231)

91 Pa

öföd^s2

1572 4230-4500 1.14/1.1

Protactinium Протактиний

(238)

92 U"

5f6d'7s2

1132 3818 -1.2/1.2

Uranium Уран

(239)

93Np

5f6d'7s2

639 3902 1.22/1.2

Neptunium Нептуний

(239)

94Pu

5f7s2

641 3340 1.2/1.2

Plutonium Плутоний

(243)

95 Am

5f'7s2

996 2607 -1.1/1.2

Americium Америций

СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

английском языках )

справочное пособие

Groups 1...18 IUPAC 1989

Groups IA...VIII .0 IUPAC 1970 Группы 1 ...18 ИЮПАК, 1989 Группы IA ..VIII...0 ИЮПАК, 1970

10

VIII

12

ИЬ

13

Ilia

5 В

2s'2p'

2084 -3750 2.04/2.0 Boron Бор

в о ru m

26.981538

13 Al

3s23p'

660.37 2467 1.61/1.5

Aluminium [Aluminum] Алюминий

14

IVa

6 С

2s22p2

-3550 4827 2.55/2,5 Carbon Углерод

СтгЬоплит

28.0855

14 Si

3s23p2

1412 3249 1.85/1.7 Silicon Кремний

Silicium

15

Va

7 N

2s22p'

-209.86 -195.8 3.04/3.1 Nitrogen Азот

Nllrogtnlum

15 P

3s23p3

44.14 280 2.19/2.1

Phosphorus Фосфор

16

Ма

8 О

2s22p"

-218.4 -182.96 3.44/3.5 Oxygen Кислород

Oxygenlum

32.066

16 S

3S'V112.8 444.674 2.58/2.4

Sulphur Сера

/Sulfur)

17

Vila

18.9984032

2s22ps

-219.62 -188 11 3.98/4.1 Fluorine Фтор

Fluorum

35.4527

17C1

3s23p6 -100.98 -34.6 3.16/2.8

Chlorine Хлор

18

2 He

1s2 <-272.2 -268,93

Helium Гелий

10 Ne

2s22pe

-248.7 -246.05

Neon Неон

18 Ar

3s Зр

-189.2 -185.7

Argon Аргон

58.6934

28 Ni

3da4s2

1453 2732 1.8/1.7 Nickel Никель

Nleoolum

63.546

29Cu

3d'ü4s'

1083.4 2567 1.9/1.8 Copper Медь

Cuprum

65.39

30Zn

3d'°4s2

419 88 907 1.6/1.7 Zinc Цинк

69.723

31 Ga

3d'°4s24p'

29.78 2403 2.01/1.8 Gallium Галлий

72.61

32Ge

3d,04s'4p2

9374 2830 2.01/2.0 Germanium Германий

74.92160

33As

3d,04s24p3 817 (3.7MPa) субп 615 2.18/2.2 Arsenic Мышьяк

Ar**n!cum

78.96

34Se

3d,n4s24p4

217 684,9 2.55/2,5 Selenium Селен

35Br

-7.25 58.78 2.96/2.7 Bromine Бром

83.80

36Kr

3d104s24p®

-156.6 -152.3

Krypton Криптон

106.42

46Pd

4d'°

1552 3140 2.2/1.4

Palladium Палладий

107.8682

47Ag

4du>5s'

961.93 2212 1.9/1.4 Silver Серебро

(Arg»ntum)

112.411

48Cd

4d'°5s2

320.9 765 1.7/1.5

Cadmium Кадмий

114.818

49 In

4d'°5s25p' 156.78 2080 1.78/1.5

Indium Индий

118.710

50Sn

4d1c5s'i5p2 231.88 2270 1.96/1.7 Tin Олово

SMnngffl

121.760

5lSb

4d"5s25p3 630.5 1750 2.05/1.8 Antimony Сурьма

(Stibium)

52Te

4d'°5s25p' 449.5 989.8 2.1/ 2.0

Tellurium Теллур

126.90447

53 I

4din5s25p!> 113.5 184.35 2.66/2.2 Iodine Иод

54 Xe

4d,05s25p5 -111.9 -107.1

Xenon Ксенон

78 Pt

4f145d°6s' 1773.5 3830 2.2/1.4

Platinum Платина

196.96655

79Au

4f,*5d,06s, 1064 2807 2.4/1.4 Gold Золото

80Hg

4fu5d'°6s2 -38.86 356.6 1.9/1.5 Mercury Ртуть

(Hytbargyrum)

81 T1

4f"5d106s¿6p1 303.5 1457 1.8/1.4

Thallium Таллий

82Pb

4fM5d1°6s26p' 327.5 1740 1.8/1.6 Lead Свинец

208.98038

83 Bi

4f"5d,06s26p3 271.3 1564 1.9/1.7 Bismuth Висмут

Bltmuthum

(210) 84Po

4f"5d,û6s26p4 254 962 2.0/1.8

Polonium Полоний

<21°2 85At

4f"5d,06s26p:' 302 337 2.2/2.0 Astatine Астат

Atlatlum

(222) 86Rn*

4f"5d,06s¿6pe -71.0 -61.8

Radon Радон

(269)

110Uun

5fu6de7s2

linunniilum Уну h ни л ий

( ) 111 Uuu

Unununium Унунуний

(277)

112 Uub

öf'W^s2

Ununbium Унунбий

( ) 113

5f ôd'^s^p1

(289)

114

5f'6d,c7s27p2

© P.C. ^^шфуллин, A.P. Сайфуллин, 2003

157.25

64Gd

4f'5d'6s2

1312 3250 -1.2/1.1

Gadolinium Гадолиний

158.92534

65Tb

4f6s2

1356 3123 -1.2/1.1

Terbium Тербий

66Dy

4f,06s2

1409 2562 -1.2/1.1

Dysprosium Диспрозий

164.93032

67Ho

4f"6s2

1474 2695 -1.2/1.1

Hoimlum Гольмий

167.26

68Er

4f,26s2

1529 2863 -1.2/1.1

Erbium Эрбий

168.93421

69Tm

4f36s2

1545 1947 -1.2/1.1

Thulium Тулий

(247)

96Cm

5f'6d'7s2

1340 3110 1.2/1.2

Curium Кюрий

(247)

97Bk

5f7s2

1050 2630 -1.1/1.2

Berkelium Берклий

(252)

98 С f

5f'°7s2

900 1227 1.2/1.2

Californium Калифорний

(251)

99 Es

5f"7s2

860 -/-

Einsteinium Эйнштейний

(257)

100 Fm

Регтшт Фермий

(258)

101 Md

5f"7s2

Mendelevium Менделевий

173.04

70Yb

4f'6s2

819 1193 -1.2/1.1

Ytterbium Иттербий

(259)

102No

5f'7s2

Nobelium Нобелий

174.967

71Lu

4f145d'6s2 1663 3302 -1.2 /1.1

Lutetium Лютеций

(260) 103 Lr

Lawrencium Лоуренсий

Рис. 3

Дисгармония свойств элементов, входящих в одну группу, прослеживается по всем остальным группам. Покажем это на примерах VI—VIII групп. В VI группе два «типических» (?) элемента — кислород и сера и ее аналоги Se, Те, Ро размещаются вместе с тугоплавкими металлами Cr, Mo, W; VII группу составляют элементы, представляющие агрессивные летучие галогены F, С1, В г, I вместе с металлами Mil, Тс, Re.

Наиболее противоречива по структуре VIII группа, включающая триаду (семейство) железа Fe, Со, Ni, семейство платиновых металлов Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, элемент N° 108 и последующие, располагаемые в пределах одной подгруппы в виде трех вертикальных рядов вместе с благородными газами (гелий, неон и др.). С уверенностью можно сказать, что триады-семейства металлов были «втиснуты в прокрустово ложе» последней (VIII) группы вынужденно, вопреки логике, так как эта группа в соответствии с электронной структурой атомов должна быть предназначена только благородным газам. Такое расположение элементов можно объяснить тем, что четырем триадам при искусственной компоновке короткой таблицы (во 2-ом и 3-м периоде два .s-элемента и шесть р-элементов) не хватило места в предшествующих семи группах.

С введением длинной формы периодической системы элементов логически должны исчезнуть или принять новое содержание сами понятия «семейство железа» и «семейство платиновых металлов». К этим элементам можно присоединить «соседей» по таблице справа и слева (на основании общих их признаков — свойств, совместного распространения в природе, изоморфизма и последовательного изменения электронной структуры). Иными словами, первое семейство можно расширить, например, до хрома и цинка, а во второе — включить другие благородные металлы — серебро, золото, — и ртуть.

Таким образом, рекомендации ИЮПАК 1989 года об использовании рациональной формы периодической системы элементов имеют серьезные обоснования, позволившие разрешить давно назревшую проблему. К сожалению, надо признать неоправданным запаздывание данных рекомендаций в России (а также в странах СНГ). Длинная форма таблицы элементов мало используется в российских публикациях, а следовательно, в образовании и в науке. Однако есть и оптимистические исключения: информационно расширенный новый вариант таблицы элементов, предложенный авторами настоящей статьи, опубликован издательствами «Логос» и «Магариф» («Просвещение») [1, 2], а упрощенный вариант длинной формы таблицы — издательствами «Мир», «Дрофа» [3—6], «Химиздат» [7]. Современная длинная форма таблицы упомянута также в пособии для абитуриентов [8]. В отличие от российской стороны, зарубежные образование и наука приняли к исполнению решение ИЮПАК незамедлительно ([9—11], известная фирма «Merck» и др.).

Отметим, что в основе «привязанности» многих российских изданий к короткой форме периодической системы элементов лежат, на наш взгляд, следующие причины: а) кажущаяся компактность короткой формы таблицы (плотное заполнение прямоугольного пространства), основанная на принятии во внимание периодичности свойств элементов первых трех периодов; б) совпадение (но не всегда) некоторых степеней

окисления атомов резко разнородных по электронной структуре элементов, входящих в одну группу, например, щелочные металлы вместе с элементами подгруппы меди (Си, Аи); в) неполнота учета сведений о структуре атомов и перспективе открытия новых элементов, а также и о возможном предельном их числе; г) инерция знаний (наличие привычек и стереотипов мышления) и невосприятие современной (международной) информации; д) приверженность к методически устоявшимся научным понятиям и издательским текстам; е) дань в какой-то мере исторической традиции.

Сохранению архаичности структуры периодической системы элементов способствует затянувшееся на более чем десятилетие «информирующее торможение» (неприятие) современных сведений крупнейшим российским издательством «Большая Российская Энциклопедия». Издательство консервирует представления 20—30-летней давности путем многократных переизданий Больших энциклопедических словарей «Химия» и «Физика» выпусков 1983 г. Более того, в новых 5-томных «Химической энциклопедии» и «Физической энциклопедии» сохранены старая форма таблицы элементов и отмененные в 1997 г., бывшие предварительными названия ряда элементов. Последние издания: «Новый политехнический словарь» (2000 г.), «Новый энциклопедический словарь» (2002 г.), «Естествознание» (2002 г.) с ориентацией на указанные тематические энциклопедии, также содержат короткую форму таблицы, хотя и с дополнением ее клетками с новыми элементами. Издательство учло решение ИЮПАК от 1997 г., но пренебрегло его важнейшим предшествующим решением от 1989 г. о кардинальном изменении формы таблицы, а также Международной таблицей уточненных относительных атомных масс 1995 года. И как следствие, немало отечественных издательств и фирм, выпускающих учебную литературу, и сегодня продолжают множить давно отмененную во всем мире короткую форму таблицы элементов.

С целью введения в сферу образования и в научно-техническую область в России длинной формы периодической системы элементов авторами данной статьи составлена, предложена и опубликована [1,2 и др.] универсальная периодическая система элементов учебно-справочного назначения, отвечающая международным стандартам (рис. 3). Немаловажная особенность ее: двух(трех) язычность с дополнительным написанием латинских названий элементов (в случае отличия их от английских названий), а также альтернативных англо-американских (Ыа, К, \¥, Щ) и американских (А1, Се, Б) названий.

Таблица дает распределение элементов N° 1 — N° 109 по 18-ти группам (1—18 в соответствии с рекомендациями ИЮПАК «Номенклатура неорганической химии», 1989 г.). Для элементов N° 101—N° 109 приведены названия, утвержденные ИЮПАК в 1997 году. Значения относительных атомных масс указаны по Международной таблице 1995 года.

В предложенную систему (таблицу) введены для каждого элемента две альтернативные величины относительной электроотрицательности атомов и основные физические параметры соответствующих простых веществ (температуры плавления и кипения). Использование значений электроотрицательности важно, в ча-

стности, для исключения и исправления устаревших ошибочных названий и написаний химических формул бинарных соединений. Например, водородные соединения элементов второго периода H.jC. H3N, IbO, HF согласно значениям относительной электроотрицательности атомов (для водорода около 2,0, для других элементов — от 2,5 для углерода до 4,0 для фтора) являются соответственно карбидом, нитридом, оксидом и фторидом водорода. Поэтому приведенные написания формул аммиака и метана более справедливы, нежели традиционные (NH3 и СН4).

Для преемственности использования приведенной таблицы в ней, как и в ее первых зарубежных аналогах [10, 11, таблица фирмы «Merck»], новые номера групп элементов согласованы со старыми (римскими) номерами групп и подгрупп. В этой связи отметим, что зарубежные издания [5, 9, 12, 13] уже не указывают бывшие обозначения групп элементов I—VIII

(а или Ь), а дают только номера от 1 до 18.

* * *

Авторы благодарны профессорам С. Г. Дьяконову, Н.В. Коровину, AM. Кочневу, AM. Кузнецову, Г.В. Лисичкину, А.И. Михайлеченко, Ю.И. Сальникову, С.Н. Соловьёву, H.A. Улаховичу, А.И. Хацринову и др., поддержавшим высказанные выше идеи и доводы или давшим полезные советы при разработке современной универсальной периодической системы химических элементов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сайфуллин P.C., Сайфуллин А.Р. Универсальный лексикон: химия, физика и технология. М.: Логос, 2001, 2002, 548 с.

2. Хисамиев Г. Г. Общая химия, задачи и упражнения (для вузов). Казань: Магариф, 1999, 368 с.

3. Химия. Справочник школьника и студента. Колл. авт. Пер. с нем. Изд. 2-е. М.: Дрофа, 2000, 384 с.

4. Лидии P.A. и др. Химия в помощь абитуриенту. М.: Дрофа, 2001, 576 с.

5. Хаускрофт К., Констебле Э. Современный курс общей химии. Пер. с англ. М.: Мир, 2002, т. 1, 252 е.; т. 2, 250 с.

6. Эмсли Дж. Элементы. Пер. с англ. М.: Мир, 1993, 258 с.

7. Никольский А.Б., Суворов A.B. Химия. С-Пб: Химиздат, 2001, 512 с.

8. Хомченко Т.П. Пособие для поступающих в вузы. М.: Новая волна, 2002, 480 с.

9. Oxford Dictionary of Science. Ed. A. Isaacs, J. Daintith, E. Martin. Oxford University Press. N.Y. Oxford, 1999, 858 p.

10. The New Encyclopedia Britannica, 15-th Ed., Encyclopedia Britannica, Inc. Chicago, 1974—1994.

11.Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 11-nd Ed. Rev. N.I. Sax, R.J. Lewis, Sr. Van Nostrand Rheinhold Co., N.Y., 1987, 1303 p.

12. WebElements™ Periodic table (professional edition) (http://www.webelements.com/.

13. Krzysztof M.Pazdro. Chemia día licealistov (Budowa materii w ochach chemika), Wyd. II. Oficyna Edukacyjna, Warszawa, 1996, 246 p.

Современный вариант периодической системы в электронном виде хранится у авторов и может быть представлен по E-mail или получен непосредственно от авторов.

Фундаментальное материаловедение в классическом университете

И. В. Архангельский, В. В. Ключарев

ИГОРЬ ВАЛЕНТИНОВИЧ АРХАНГЕЛЬСКИЙ — кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Область научных интересов: общая и неорганическая химия, углеродные материалы, термический анализ.

119899 Москва, Воробьевы горы, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Химический факультет, тел. (095) 939-36-83.

ВАЛЕНТИН ВИКТОРОВИЧ КЛЮЧАРЕВ — старший научный сотрудник Института проблем химической .

анализ.

142432 Черноголовка, Институт проблем химической физики РАН, тел. (09652) 2-16-57, E-mail [email protected]

Междисциплинарная наука о материалах как отдельная область знаний начала формироваться в середине 50-х годов XX века [1]. В 1961 году благодаря содействию президента Джона Кеннеди работам в этом направлении был придан статус стратегической научно-технической программы США. В том же году при Массачусетском технологическом институте открыли первый учебный центр для подготовки материаловедов принципиально новой формации [2].

Как известно, понятие «материал» в узком смысле слова означает сырье, т.е. то, из чего можно что-то сделать. В русском языке это также тканая материя или информация о чем-нибудь или о ком-нибудь [3]. Утилитарный подтекст формирует отношение к материаловедению как к прикладной дисциплине. В фундаментальной науке о материалах предмет изучения имеет иное содержание. Это не утилитарная функция и способы ее исполнения, а базовые закон